Kesetaraan massa–energi
Kesetaraan massa–energi menyatakan bahwa massa diam merupakan bagian dari neraca energi suatu sistem. Untuk sistem yang diam, E₀=mc². Dalam fisika nuklir, selisih yang sangat kecil antara total massa diam sebelum dan sesudah proses dapat setara dengan energi yang dapat diukur langsung.
Energi diam dan energi relativistik total
E=mc² adalah hubungan energi diam. Untuk partikel bergerak, energi total memenuhi E²=(pc)²+(mc²)². Reaksi nuklir harus mempertahankan energi total dan momentum secara bersamaan; massa diam tidak harus kekal sebagai besaran terpisah.
Nilai Q mengukur neraca energi
Q=(mawal−makhir)c². Dengan satuan massa atom, 1 u·c²≈931,5 MeV. Q>0 berarti energi dilepaskan, sedangkan Q<0 berarti energi harus diberikan. Pada beberapa geometri tumbukan di laboratorium, kekekalan momentum dapat membuat energi ambang proyektil lebih besar daripada |Q|.
Konverter defek massa
Mengapa c² membuat selisih massa kecil menjadi penting
Kuadrat kecepatan cahaya adalah faktor konversi yang sangat besar. Karena itu perubahan massa yang jauh di bawah ketelitian penimbangan biasa dapat setara dengan energi nuklir skala MeV. Ikatan kimia juga mengubah massa sistem, tetapi perubahan relatifnya jauh lebih kecil.
Fusi dan fisi mengikuti pembukuan yang sama
Fusi maupun fisi dapat melepaskan energi jika produk akhirnya lebih kuat terikat dan mempunyai total massa diam lebih kecil. “Massa yang hilang” tidak lenyap; nilainya muncul sebagai energi kinetik produk, foton, atau eksitasi. Massa adalah sifat seluruh sistem: memanaskan benda tertutup atau mengeksitasi atom menambah energi total dan karena itu menambah massa sebesar ΔE/c².
Contoh terbahas
1. Mengubah defek massa
Penyelesaian
Δm=0,0020 u memberi Q≈1,86 MeV.
2. Energi dari massa SI
Penyelesaian
Δm=1,0×10⁻¹² kg memberi ΔE≈9,0×10⁴ J.
3. Tanda Q
Penyelesaian
Jika produk lebih berat 0,005 u, Q≈−4,66 MeV; energi harus diberikan.